知识：

1.掌握晶体结构基础知识和计算；掌握晶体缺陷的基本类型、运动特征及反应；理解原子扩散的表象理论、热力学分析以及扩散速率的因素；理解塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象；熟悉纯金属的凝固热力学条件、过冷度、凝固过程；掌握相平衡条件和相律、相图的基础知识、分类及影响。

能力：

2.能够从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能；具备通过分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象，达到合理使用材料、研制和发展新材料的初步能力；能够分析匀晶相图、共晶相图、包晶相图以及对Fe-Fe₃C、 Fe-G 等相图；能够分析合金的凝固溶质原子分布、成分过冷和固溶体晶体生长形态，共晶合金的凝固，分析铸锭的组织与缺陷，根据相图推测合金性能。

素养：

3.具备创新意识、自主学习、沟通协作能力和批判性思维，良好的科学精神、职业素养、国际视野和社会责任感，理解课程理论与实践的逻辑关系。

教   材

胡赓祥、蔡珣、戎永华.材料科学基础.上海：上海交通大学出版社.2007

参考文献

      1.潘金生，仝健民，田民波.材料科学基础.北京：清华大学出版社，2011.

      2.赵品，谢辅洲，孙振国.材料科学基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2016.

      3.陶杰，姚正军，薛烽.材料科学基础.北京：化学工业出版社，2006.

《材料科学基础》课程教学大纲

课程名称（英文）：Fundamentals of Materials Science

课程性质：学位课

学    分：5

总 学 时：80         理论学时：72      实验学时：8

先修课程：普通物理学、物理化学、工程力学

一、课程性质及目的

《材料科学基础》是新能源材料与器件专业的一门重要的专业基础课，本大纲适用于新能源材料与器件专业。通过本课程的学习，使学生掌握材料化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律，以及晶体结构、晶体缺陷、相图与结晶、塑性变形与再结晶 、固态金属相变与扩散的基本理论和基本工艺方法；使学生通过学习，掌握材料科学的基本理论，把握材料的共性，熟悉材料的个性，具备基本的材料分析能力，熟悉材料不同工艺条件下的组织结构转变规律及，为以后的材料现代研究方法、专业基础实验、专业综合实验等专业课学习打下良好的基础。课程的目标还体现在培养学生严谨的科学作风和勇于创新的开拓精神，具有责任担当精神和家国情怀。

依据河北科技大学新能源材料与器件专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：

1.能够通过文献研究分析复杂新能源材料与器件中成分、结构、性能和工艺及其相互关系的工程问题的材料科学基础知识（毕业要求指标2-2）

2.能够设计满足特定需求的材料组分、器件单元或工艺流程。（毕业要求指标3-3）

二、课程目标

知识：

1.掌握晶体结构基础知识和计算；掌握晶体缺陷的基本类型、运动特征及反应；理解原子扩散的表象理论、热力学分析以及扩散速率的因素；理解塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象；熟悉纯金属的凝固热力学条件、过冷度、凝固过程；掌握相平衡条件和相律、相图的基础知识、分类及影响。

能力：

2.能够从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能；具备通过分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象，达到合理使用材料、研制和发展新材料的初步能力；能够分析匀晶相图、共晶相图、包晶相图以及对Fe-Fe₃C、 Fe-G 等相图；能够分析合金的凝固溶质原子分布、成分过冷和固溶体晶体生长形态，共晶合金的凝固，分析铸锭的组织与缺陷，根据相图推测合金性能。

素养：

3.具备创新意识、自主学习、沟通协作能力和批判性思维，良好的科学精神、职业素养、国际视野和社会责任感，理解课程理论与实践的逻辑关系。

三、教学内容及学时分配

1.原子结构与键合（自学）

2.固体结构（10学时）

2.1 晶体学基础

2.2 纯金属的晶体结构

2.3 合金相的晶体结构

[重点]：晶向指数、晶面指数、典型金属的晶体结构、合金相分类

[难点]：空间点阵、堆垛方式、中间相

3. 晶体缺陷（12 学时）

3.1 点缺陷

3.2 位错基本类型

3.3 位错的运动

3.4 位错的弹性性质

3.5 实际晶体中的位错

3.6 面缺陷

[重点]：位错、柏氏矢量、位错的运动

[难点]：位错弹性性质、晶界

[思政元素]：勇于思考，敢于创新，注重积累

4 固体中原子及分子的运动（10学时）

4.1 表象理论

4.2 扩散热力学分析

4.3 扩散的原子理论

4.4 扩散激活能

4.5 无规则行走与扩散距离

4.6 影响扩散的因素

4.7 反应扩散

4.8 离子晶体中的扩散

[重点]：菲克定律、扩散机制、影响扩散因素、离子晶体中扩散

[难点]：扩散方程的解、扩散热力学分析、反应扩散

[思政元素]：通过工程实例激发爱国情怀和责任感；量变到质变的哲学思想；

5 材料的形变和再结晶（16 学时）

5.1 弹性和黏弹性

5.2 晶体的塑性变形

5.3 回复和再结晶

5.4 热变形与动态回复、再结晶

5.5 陶瓷材料变形的特点

[重点]：滑移、储存能、孪生、再结晶

[难点]：孪生、再结晶

[思政元素]：自然辩证法矛盾的对立统一性

18

6 单元相图及纯金属的凝固（6 学时）

6.1 液态金属的性质与结构

6.2 熔液的过冷与结晶过程

6.3 形核

6.4 生长

6.5 结晶理论的应用

[重点]：均匀形核

[难点]：不均匀形核

[思政元素]：科技是推动社会进步的武器

7 二元合金相图（18 学时）

7.1 相图概述

7.2 匀晶相图

7.3 共晶相图

7.4 包晶相图

7.5 其它类型的二元相图

7.6 复杂二元相图分析

7.7 根据相图推测合金性质

7.8 合金铸件的组织与缺陷

7.9 铁碳相图

[重点]：平衡组织，三种基本相图

[难点]：杠杆定律，区域熔炼

[思政元素]：理论指导实践，实践是检验真理的唯一标准

四、实验教学内容及要求

1 金相显微镜的构造、使用及金相试样的制备（2 学时）

要求：本实验为验证性实验。要求学生课前复习课上所学内容，指导教师应概述实验的

原理、方法及仪器使用等，并作针对性指导，具体实验步骤和结果分析由学生独立完成。具

体包括掌握金相显微镜分析的基本原理及方法；了解并掌握金相显微镜的基本结构和工作原

理；熟悉金相组织观察的方法和步骤。

2 铁碳合金平衡组织观察（2学时）

要求：通过实验,使学生掌握正确进行实验基本操作、基本技能，获得用实验解决问题

的动手能力。具体包括学生对金相显微组织进行观察，描述显微组织的形貌特、分布征及组

织的构造，写出实验的体会与疑问，完成实验报告。

3 碳钢的热处理、硬度测定及显微组织观察（4 学时）

要求：通过实验,使学生掌握正确进行实验基本操作、基本技能，获得用实验解决问题

的动手能力。具体包括学生应掌握实验碳钢的热处理方法，硬度的测试评定方法以及进行显

微组织观察，并分析组织结构与性能的关系。

五、课程目标对毕业要求的支撑

六、达成课程目标的途径和措施

1.注重以问题驱动的教学展开，在讲解每个知识点时，注意提出问题，强化学生的问题

意识，培养学生提出问题的能力。同时，引导启发学生向解决问题的方向主动积极思考。

2.增加课堂互动，课堂上随时注意学生的听课效果，并鼓励学生发散思维，尤其鼓励学

生积极提问。通过课堂练习，做到重点内容随讲随练，让学生当场加深印象，扎实掌握每节

课所学知识。

3.晶体学部分结合课堂研讨的方式进行教学以小组分享形式开展课堂讨论，并形成报告。

缺陷部分采用视频动画教学方式降低学生学习难度，通过工程实例加深学生对缺陷作用的深

刻理解。

4.固体中原子及分子的运动基本概念部分，采取课堂小组讨论方式加深学生对扩散现象

的理解和重要性的的认识，促进学生学习的积极性。扩散唯象理论和热力学部分采用课堂讲

授和讨论相结合的方式由表及里把握扩散的规律和本质。回复和再结晶部分结合工程案例加

深学生对组织结构影响性能的认识。

5.相图部分采用课堂讲授和小组讨论相结合的方式开展教学。

七、考核方式、成绩评定及课程目标达成评价依据

课程考核采用过程考核与期末考核并重的方式。考核方式：闭卷考试。成绩评定：总成绩100%=过程考核40%+期末考试50%+实验10%；过程考核成绩=作业50%+测验30%+问题讨论20%。

成绩评定细则

八、教材及参考文献

教材

胡赓祥、蔡珣、戎永华.材料科学基础.上海：上海交通大学出版社.2007

参考文献

1.潘金生，仝健民，田民波.材料科学基础.北京：清华大学出版社，2011.

2.赵品，谢辅洲，孙振国.材料科学基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2016.

3.陶杰，姚正军，薛烽.材料科学基础.北京：化学工业出版社，2006.

大纲制定：胡彦君  张惠敏  大纲审定：王建刚

制定日期：2023年12月